Surchauffe et rendement des moteurs

[La discussion suivante est une bouture issue du fil "Quelques réflexions sur le voyage avec assistance électrique". — Jéjon]

Yvesg83 a écrit:

Une angoisse régulière pour le voyageur avec assistance électrique est la surchauffe du moteur; et je me suis frotté à ce problème.
Pour éviter la surchauffe il y a 2 options; d'abord ne pas le faire chauffer. Oui je sais ça va sans dire mais mieux en le disant. Ce qui fait chauffer le moteur ce sont les ampères qu'on lui envoie, à 2A amha on peut rouler très longtemps à peu près à n'importe quelle vitesse (même faible) sans crainte: c'est ce qui se passe sur le plat lorsque le moteur n'est là que pour apporter un petit plus.
C'est pourquoi également dans certaines côtes outre les raisons exposées ci-dessus liées à la gestion de l'autonomie (mais sans doute toujours à cause d'un problème de rendement moteur) il vaudra mieux se contenter de 20 km/h avec une conso de 10A que vouloir atteindre 25 km/h si ça implique une conso de 20A.

L'autre option c'est évidemment de le refroidir parce que dans certains cas de toutes façons il va chauffer.
Ces cas là ce sont évidemment les côtes à la fois pentues (disons à partir de 5%) ET longues.
La 1ère fois où ça m'est arrivé c'est le 3° soir lors de mon arrivée à Silhac (Ardèche) chez un copain en venant de Dunière sur Eyrieux.
Avant d'arriver chez lui il y a une 1ère côte de 5km environ (avec quelques passages à plus de 10%), puis une descente de 500m et enfin une remontée nettement plus pentue (passages fréquents à plus de 10%) que la 1ère partie sur 2,5km environ. Le tout sous la pluie.

Au premier arrêt après 2km le moteur n'est même pas tiède, je repars pour les 3,5 km suivants puis m'arrête au bas de la partie descendante, le moteur est un peu plus chaud mais rien de grave.
Après 3mn d'arrêt je pars pour les 2,5 derniers km et là je sens que le moteur souffre vraiment l'enchaînement de passages fréquents à plus de 10% et le maintien constant à plus de 5% et quasi constant à plus de 7% le moteur n'aime pas du tout. J'ai du mal à maintenir une vitesse à 13km/h et il est clair que ce n'est pas la bonne plage de rendement.
Arrivé chez mon copain après une minute d'arrêt je peux à peine poser la main sur le moteur et décide d'employer les grands moyens: en moins de 3 minutes je vide progressivement 6 gourdes d'eau sur le moteur afin de garder sous contrôle sa température et... ça marche, il retrouve peu à peu une température normale.

Leloublan a écrit:

Vider des gourdes sur le moteur ..............j aurais pas oser mais j y connais pas grand chose

EDIT un petit ventilo thermostate??????????

pourquoi ne pas envisager des écopes d'air au niveau du moyeu de roue AR ?

apres ne reste plus que les moteur réductés ou sur chaine pour les cotes trop longues.

Pastèque a écrit:

concernant tes problemes de chauffe de moteur , la regle c'est : surtout ne pas s'arreter pile poil en haut du col si on est monté lentement (car au moment de l'arret la temperaure grimpe enormement et risque de tout faire fondre , vecu l'an derinier en arrivant au solar event!!) ; monter plutot vite que lentement (jamais en dessous de 17 km/h
je ne suis pas d'accord avec ton histoire de 20km/h 10A preferable a 25km/h 20A , car a 20 km/h le rendement sera moins bon et donc l'echauffement proportionnel plus grand ceci almlié a une vitesse plus basse!

un accessoire utile pour jauger de la t° du moteur , je l'utilise depuis peu avec satisfaction , marche meme en roulant avec l'habitude!!!

pasteque a écrit:

je ne suis pas d'accord avec ton histoire de 20km/h 10A preferable a 25km/h 20A , car a 20 km/h le rendement sera moins bon et donc l'echauffement proportionnel plus grand ceci almlié a une vitesse plus basse!

A moins que quelqu'un est supprimé l'effet Joule, à 20 A ça chauffera plus qu'à 10 A quelque soit la vitesse

Iubito a écrit:

mais plus tu vas vite, moins tu vas lentement... euh pardon! plus ça le refroidit plus avec l'air.

s'il n'y avait pas de conversion electrique/mécanique OUI

mais si a 20A sous bonne vitesse le rendement moteur passe de 50 à 85%, la part des 20A qui passent en chaleur réduit sensiblement et le moteur tourne suffisamment vite pour s'auto-ventiler.

L'essentiel de l'échauffement dans un moteur est du à l'effet Joule qui est proportionnel au carré du de l'intensité du courant.

A 20 A le moteur chauffe 4 fois plus qu'à 10 A

Le rendement du moteur électrique n'a pas grand chose à voir avec sa vitesse de rotation (enfin si les pertes dues au roulement augmentent avec la vitesse), mais à l'intensité du courant qui le traverse

Aussi plus cette intensité sera élevée, plus le rendement du moteur sera mauvais.

LE bobinage me semble un poil long par rapport au dénivelé.
Un 6x10 ou 5x12 serait effectivement plus coupleux mais aussi plus limité en vitesse ...
Concernant les cotes, plus l'intensité est élévé et plus le rendement du moteur est bon...
A propos des 10A ou 20A...Ce n'est pas si simple d'évaluer le rendement.
Refroidir le moteur sur l'extérieur à un effet assez limité...Les bobinages n'étant pas sur le rotor.
Pour ce genre d'aventure, il faudrait monté une sécurité sur le stator qui coupe le signal des capteurs effet hall en cas de surchauffe !

comme sur un BionX et donc quand ça chauffe, ça avance moins bien, ça consomme toujours, et ça chauffe encore

bobinage trop long, c'est un peu la question que je me posais, mais bon, en même temps c'est pas tous les jours que je trimballe au total plus de 150Kg, et c'est toujours mieux qu'un 8x8 ou 9x7 comme certains fous ^^

Zythum a écrit:

L'essentiel de l'échauffement dans un moteur est du à l'effet Joule qui est proportionnel au carré du de l'intensité du courant.

A 20 A le moteur chauffe 4 fois plus qu'à 10 A

Le rendement du moteur électrique n'a pas grand chose à voir avec sa vitesse de rotation (enfin si les pertes dues au roulement augmentent avec la vitesse), mais à l'intensité du courant qui le traverse

Aussi plus cette intensité sera élevée, plus le rendement du moteur sera mauvais.

tout ceci me parait tres reducteur , dire que le rendement du moteur n'a pas grand chose a voir avec la vitesse de rotation est une contre verité ! il suffit de jeter un coup d'oeil aux courbes de rendement pour constater cela!!!

un moteur a son meilleur rendement quasiment a son maximum de vitesse , voir courbes encore une fois! et non l'effet joule n'est absolument pas l'unique critere a prendre en compte , le rendement et la vitesse de rotation sont extremement importants

d'ailleurs tout ceci vrai sur le plan théorique , est encore plus évident quand on expérimente

Effet Joule ok, mais il faut envisager qu'à 0 km/h, le rendement est de 0 %, et que c'est un point de départ incontournable pour la courbe de rendement...
Pas certain d'avoir envie de rouler à 13 plutôt qu'à 25 km/h avec ce moteur, par exemple.
A 13 km/h on est à 50 % de rendement, ce graphe est à 25 A, il y a 550 W utilisable dans cette situation alors qu'à 25 km/h le rendement est de 70 % avec 770 W utiles. De quoi passer moins de temps dans la montée, et diminuer à la fois la consommation et l'échauffement du moteur.

J'ai du 8*8 sur une roue de 40*622, je grimpe du 8.5% à plus de 20 km/h sur 3 km, au final le moteur n'est même pas chaud, juste tiède, et comme un bout de plat à 40 km/h suit, le refroidissement est assuré.
Mon montage est à peine plus long que celui de l'image ci-dessus, donc pas question de tomber sous les 20 km/h à plein charge. C'est du gâchis.

J'ai fait mes armes sur le BionX P250, avec des 3.5 à 5 Wh/km et des montées infinies à 8 km/h au lieu de 4 km/h en musculaire, c'est déjà chouette mais avoir de quoi pousser plus est un confort génial.

Yves, tu as peut-être un bobinage à peine trop long; ta roue est en 559, juste?
Si la garde au sol le permet, tu peux rayonner une roue en 507 qui te fera perdre 10 % de vitesse, c'est déjà ça, et continue ton idée de comparer courant et vitesse, il est possible que l'optimum soit un peu plus haut que tu ne le crois, encore. Je découvre la même chose encore et encore après plus de 1000 km avec mon nouveau moteur, c'est bluffant de constater que de rouler à des vitesses incroyables n'a pas une influence négative sur la consommation, tout cela en raison de la courbe de rendement.

merci dario d'avoir sorti une courbe de rendement , j'avais eu la flemme de rechercher........
il manque juste l'echelle sur le rendement , mais la ligne verte horizontale correspond aux 100% visiblement
pour info , yves , sur mon cat expédition j'ai effectivement une roue en 507 au lieu du 554 d'origine afin de le rendre plus specifique au voyage chargé , tout bon!!

cavallo pazzo a écrit:

Effet Joule ok, mais il faut envisager qu'à 0 km/h, le rendement est de 0 %, et que c'est un point de départ incontournable pour la courbe de rendement...

Logique puisque à 0 km/h le moteur ne tourne pas, donc ne fournit pas de puissance.

De même le point d'arrivée tout aussi incontournable est la vitesse à vide où le rendement est tout aussi nul car cette fois-ci c'est le couple utile qui est nul => puissance utile nulle.

Citation :

A 13 km/h on est à 50 % de rendement, ce graphe est à 25 A, il y a 550 W utilisable dans cette situation alors qu'à 25 km/h le rendement est de 70 % avec 770 W utiles. De quoi passer moins de temps dans la montée, et diminuer à la fois la consommation et l'échauffement du moteur.

Ce qui me dérange dans ta formulation c'est que tu laisses entendre que la courbe est à 25 A quelque soit la vitesse, ce qui est clairement faux (à la v max le moteur ne consomme pas 25 A).

Comme toutes les courbes de rendement, celle-ci est probablement mesurée à la tension max en augmentant progressivement la charge mécanique du moteur.
La courbe n'est donc valable que si le moteur est sous sa charge maximale à la vitesse indiquée.

Pour reprendre ton exemple, si tu as besoin de 770 W pour grimper à 25 km/h, tu n'auras pas besoin de 550 W pour monter à 13 km/h mais 385 W voire probablement moins.

Du coup tu ne seras pas à fond, le moteur sera sous-volté et la courbe de rendement sera décalé sur la gauche et à ces 13 km/h le rendement ne sera plus de 50 %, mais supérieur.

Après je t'accorde que tant qu'on est dans la plage où le besoin en puissance est linéaire avec la vitesse (à "basse vitesse") on ne doit rien gagner à monter trop lentement car la puissance décroit linéairement avec la vitesse de rotation, du coup la montée se fait à courant constant et donc on ne gagne rien sur les pertes par effet Joule (juste un peu sur les pertes dues au frottement).

En revanche à des vitesses où la trainée aérodynamique commence à jouer son rôle et donc où le besoin en puissance passe progressivement d'une courbe linéaire à une courbe variant avec le cube de la vitesse, là ça change radicalement la donne.

Par exemple, en première approximation, tu doubles la vitesse, tu multiplies le besoin en puissance par 8.
Comme le moteur tourne 2 fois plus vite, le besoin en couple est multiplié par 4.
Toujours en première approximation, ça multiplie le besoin en courant par 4, donc les pertes par effets Joule par 16, et là pas de miracle tu auras beau tourner plus vite, le moteur aura un moins bon rendement.

les pertes joules ne serait elle pas appliquées en tenant compte de la FCEM ? force contre electro motrice
donc une intensité traversant la résistance interne du moteur, mais sous (tension d'excitation - tension de la FCEM) du coup le P = UI s'en trouve notoirement réduit quand la FCEM est la, donc quand le moteur tourne vite.

voir l'excellent site de Mister Shoeélec, rubrique moteur brushless excellent sauf pour l'affichage quelque peu étonnant sous Firefox

Toutes ces constatations et réflexions sur l'échauffement et le rendement paraissent superflues avec un moteur double roue libre sur la ligne de chaîne utilisant les vitesses de la K7. La puissance du moteur est certes moindre, la vitesse aussi. Mais il est bien plus facile de trouver le meilleur régime du moteur, ce qui épargne des soucis et surtout des efforts pour tenir ce régime optimal. Je circule souvent dans les Monts d'Or près de Lyon avec des dénivelés parfois importants, le jeu des changements de vitesse se fait sans problème en surveillant le Watt up ou la hauteur de son du moteur.

Le moteur moyeu a bien sûr d'autres avantages qui ont été exposés.

juste pas sûr qu'avec 500W crête il ait grimpé avec son chargement.......

Leloublan a écrit:

Du concret ,du vecu, un vrai test
Et en plus il est positif
Tres interressant
Vider des gourdes sur le moteur ..............j aurais pas oser mais j y connais pas grand chose

EDIT un petit ventilo thermostate??????????

Quand tu fais ça c'est que tu penses (à tort ou à raison) que l'autre option c'est "mon moteur va fondre"

Citation :

concernant tes problemes de chauffe de moteur , la regle c'est : surtout ne pas s'arreter pile poil en haut du col si on est monté lentement (car au moment de l'arret la temperaure grimpe enormement et risque de tout faire fondre , vecu l'an derinier en arrivant au solar event!!) ; monter plutot vite que lentement (jamais en dessous de 17 km/h

C'est ce que j'ai fait chef, partout où c'était possible.

Citation :

je ne suis pas d'accord avec ton histoire de 20km/h 10A preferable a 25km/h 20A , car a 20 km/h le rendement sera moins bon et donc l'echauffement proportionnel plus grand ceci almlié a une vitesse plus basse!

C'est parce que j'ai oublié de préciser que je n'appliquait cette règle que si la surchauffe était impossible.
Sur une côte de 500m tu n'auras pas le temps de faire surchauffer en 1mn30 le moteur si t'es à 20km/h à 10A au lieu de 25km/h à 20A.
Je ne jouerais pas à ça sur une côte de 5km tu as parfaitement raison.

Le graphe que j'ai mis est bien à fond tout le temps, 100 % throttle.
Cela vient du simulateur de chez Ebike.ca, un modèle du genre, et par expérience on peut très bien être à fond à 13 km/h dans une côte, pédaler plus fort pour accélérer et trouver un nouveau point d'équilibre, toujours à fond, mais à 20 km/h.
C'est la magie du truc, le rendement augmentant on peut avoir plus de vitesse pour plus de consommation mais de manière linéaire voir sous-linéaire, c'est à dire consommer moins en roulant plus vite, malgré la force aéro.

Précision: la force aéro est au cube, mais n'est pas seule.
Dire que rouler 2x plus vite demande 8x la puissance est juste entre 100 et 200 km/h, faux entre 10 et 20 km/h car le terme aéro est proche de zéro, les autres prennent le dessus et sont linéaires pour les frottements et le gain d'énergie potentielle.
Gaffe aux approximations ne tenant pas compte du contexte, je m'y suis aussi cassé les dents depuis 5 ans de tests sur le terrain et de tableurs excel.

Pour Yves: si tu as une roue de 50-559 maintenant et que tu passes sur une 50-507, le diamètre va passer de 659 à 607 mm, donc 607/659=0.92 donc 8 % plus court.
Tu fais x0.92 pour toutes tes vitesses, tu auras les nouvelles.

Citation :

LE bobinage me semble un poil long par rapport au dénivelé.
Un 6x10 ou 5x12 serait effectivement plus coupleux mais aussi plus limité en vitesse ...

Dans mon usage la vitesse n'a aucune importance.
Si au lieu de tenir 30kmh/h sur le plat avec l'aide du moteur je ne tiens plus que 25km/h ce ne sera pas un souci.
Par contre si le moteur grille dans un col des Alpes ce sera un vrai problème.

Citation :

Concernant les cotes, plus l'intensité est élévé et plus le rendement du moteur est bon...
A propos des 10A ou 20A...Ce n'est pas si simple d'évaluer le rendement.
Refroidir le moteur sur l'extérieur à un effet assez limité...Les bobinages n'étant pas sur le rotor.
Pour ce genre d'aventure, il faudrait monté une sécurité sur le stator qui coupe le signal des capteurs effet hall en cas de surchauffe !

Le problème c'est que la surchauffe se produit souvent une fois arrêté et qu'à ce moment là un disjoncteur thermique n'a plus d'intérêt.

iubito a écrit:

comme sur un BionX et donc quand ça chauffe, ça avance moins bien, ça consomme toujours, et ça chauffe encore

bobinage trop long, c'est un peu la question que je me posais, mais bon, en même temps c'est pas tous les jours que je trimballe au total plus de 150Kg, et c'est toujours mieux qu'un 8x8 ou 9x7 comme certains fous ^^

Toi en plus tu es en 20" c'est mieux que 24 côté couple.

Citation :

Yves, tu as peut-être un bobinage à peine trop long; ta roue est en 559, juste?

Non elle est déjà en 507.
Quand je lis qu'avec un 8*8 tu grimpe du 8,5% à 20km/h sur 3km je me rends compte qu'on oublie un critère: le mec qui pédale.
Je ne suis pas un cycliste hyper performant: je peux pédaler longtemps mais je ne vais pas vite alors que toi tu n'es sûrement pas dans cette configuration

de prime abord toute cette histoire de surchauffe me semble aussi tenir du fantasme....y a t il eu surchauffe? non! une temperature excessive a t elle ete mesurée avec precision ? non! bref on nage en plein flou , croyances et craintes........

c'est quoi surchauffe , chaud au toucher? mais c'est on ne peut plus normal!
brulant? oui mais brulant comme unité de mesure ça vaut pas grand chose.....
alors on continue a sodomiser des drosophyles albinos ou on raisonne sur de vraies bases?

ha ... la theorie du moteur qui fond !
en tout et pour tout , j'ai eu 3% de cas ... dont un par moi même ! ( bobinage 5*12 sous 80V a 35A en utilisation VTT ) bref de la a faire des generalités , je roule tous les jours sous 80v sans mettre ma mains sur le moteur tous les 10 kms ... j'ai aussi fais la montée de l'alpe d'huez avec un 9*7 en 24" sous 48V25A rien a signaler .....(a fond ...)

d'accord pour des moteur plus court pour avoir la bonne plage de fonctionnement chargé mais un moteur genre 5*12 acceptera par constructions (5 fils en //) moins de courant ....(histoire de semer encore plus le doute ) , j'aurais bientot du 4*14 ........

cela reste des assistances , pas des mobilette faut aussi un peu appuyer sur les pédales

iubito a écrit:

comme sur un BionX et donc quand ça chauffe, ça avance moins bien, ça consomme toujours, et ça chauffe encore

Non, je pensais à une sécurité sécurité ultime pour ne pas cramer le moteur !
En gros, à xxx°C*...Ca coupe point !
Cela permet de grimper à fond sans ce soucier du moteur...Si ca chauffe trop le moteur s'arrête le temps de refroidir un peu !
* A determiner ~120°C au niveau du stator.

Le moteur doit être capable de dissiper (perte) en continue environ 400w

Concernant le calcul des pertes, je le répète ce n'est pas simple puisque l'intensité maxi influence la courbe de rendement. L'effort du cycliste est aussi prépondérant ainsi que la masse et la pente !

La meilleure statégie est de monter à fond (C'est là que le moteur à son meilleur rendement) et de faire éventuellement de pauses (imposé) si le moteur chauffe trop !

ce qui me gène avec cette solution c'est l'inertie de la montée en T° , imaginons que ca coupe a 100°C alors que le moteur tourne , qui nous dis que la T° ne va pas continuer a monter a l'arret ( a cause de la securité) .... et la faire fondre les isolants ( car ce n'est pas les fils qui "fondent" mais les isolants entre le bobinage et l'entrefer )

Je ne vois pas comment, le bobinage pourrait encore monter en température si le moteur coupe ?
Le risque me semble plutôt au niveau des aimants...il faut seulement couper avec la juste marge.

ben pourtant c'est le cas bertrand..... le moteur coupe , ta vitesse diminue fortement , refroidissement par air nettement diminué élévation soudaine de la température et zou! c'est du vécu , je suis le deuxième des 3% et effectivement a part ce cas extrême (pente de furieux , bobinage très long inadapté , chargement maximal et pas a fond dans la montée), le mythe du moteur qui fond reste bien une histoire qu'on se raconte le soir pour se faire peur!